Die Welt in Tönen - Audio 1. Grundlagen 

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Christian-Weise-Gymnasium Zittau Fachbereich Informatik M. Hans

Die Welt in Tönen - Audio

1. Grundlagen

 Der Medientyp Audio beschreibt die Informationsvermittlung durch Töne.

 Töne sind Schallwellen, die durch das Ohr aufgenommen und mittels Gehörnerv zur Weiterver- arbeitung an das Gehirn weitergeleitet werden.

 Das Gehirn verarbeitet im Wesentlichen nur zwei Merkmale des Audiosignals: Tonhöhe (Fre- quenz) und Lautstärke

2. Digitalisierung

Zur Speicherung, Verarbeitung und Darstellung von Audiosignalen mit Computern müssen diese digitali- siert werden. Die nebenstehende Abbildung¹ beschreibt den Weg eines Tonsignals von der Tonquelle zum digitalen Signal. Als A/D-Wandler wird im Heimbereich üblicherweise der PC eingesetzt.

Abtasten (Sampling): In periodischen Abständen werden analoge Signale (Momentaufnahmen) entnommen und mit einem A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt.

Abtastfrequenz (Samplingrate): Anzahl der Momentaufnah- men je Sekunde. Je höher die Samplingrate, desto besser ist die Qualität der digitalen Audiosequenz.

3. Softwarewerkzeuge für das Arbeiten mit Audiosignalen

Aufnahme Verarbeitung Wiedergabe

Audiorecorder Mixer, Encoder, Transcoder Audioplayer Audiorecorder: ist eine Software zum Aufnehmen von Audiosequenzen

Mixer (Mischpult): Dient dem Zusammenführen verschiedener elektrischer Signale und findet sich hauptsächlich in den Bereichen Veranstaltungstechnik und Musikproduktion:

Encoder /Codierer: Ist eine Software, die ein digitales Audiosignal in ein bestimmtes Audioformat (z.B. MP3) umwandelt.

Transcoder: Ist eine Software, die eine Audiodatei von einem Format (z.B. WAV) in ein anderes Format (z.B. MP3) umwandelt:

Audioplayer: Ist eine Software, zum Abspielen von Audiodateien.

1Quelle: Hattenhauer, Rainer: Informatik für Schule und Ausbildung; Pearson Schule 2010, S. 124 ff.

Audio_Theorie_Lsg.odt - 1 -

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Christian-Weise-Gymnasium Zittau Fachbereich Informatik M. Hans 4. Kompression von Audiodateien

Unkomprimierte Audiodateien belegen auf einem Datenträger sehr viel Speicherplatz. Außerdem dauert die Übertragung beim Streaming über ein Netzwerk (z.B. mobiles Internet) entsprechend lan- ge und „verschlingt“ Datenvolumen. Die Daten sollten deshalb komprimiert werden.

 Begriff Datenkompression: Ein Kompressionsalgorithmus enthält eine Folge von Anweisungen (Algorithmus), welche die Größe einer Datei reduzieren. Man unterscheidet zwischen verlust- freier und verlustbehafteter Kompression.

 Problem bei verlustbehafteter Datenkompression: Die Datenkompression ist hier mit einem In- formationsverlust gegenüber dem Original verbunden.

 Arbeitsweise der MP3-Kompression: Es werden Informationen weggelassen, die das (ungeüb- te) Ohr nicht wahrnehmen kann. Dadurch wird eine Datenkompression ohne hörbare Klangver- schlechterung erreicht.

 Begriff Bitrate: Die Bitrate (in kbps, d.h. Kilobit pro Sekunde) gibt an, welche Datenmenge in einem bestimmten Zeitintervall (je Sekunde) erfasst wird.

 variable Bitrate (VBR): Bei VBR wird die Bitrate ständig der Musik angepasst. Es werden an eher "ruhigen" Stellen (z.B. wenig Instrumente oder stille Passagen) weniger Bits verbraucht, die Bitrate wird also gesenkt, während bei komplexeren Stellen die Bitrate so weit erhöht wird wie nötig, damit die vorgegebene Qualitätsstufe jederzeit gewährleistet bleibt. Die endgültige Dateigröße ist nicht vorhersagbar und kann abhängig vom jeweiligen Lied und dessen Musik- richtung relativ stark variieren.

 Audioformat von Streamingdiensten: Hängt vom Streamingdienst ab. Spotify z.B. verwendet das Audioformat OGG. OGG ist ebenfalls ein verlustbehaftetes Audioformat.

4. Vergleich von Medienformaten für Audiodateien

Dateiformat MP3 WAV MIDI

Medientyp Audio Audio Steuerdate

Kurzbeschreibung des Dateiformats

Nutzt die Eigen- schaften des mensch- lichen Gehörs, um Speicherplatz zu sparen. Dabei werden aus den Musik- stücken die für den Menschen nicht hör- baren Frequenzen herausgefiltert.

von IBM und

Microsoft entwickel- tes Containerformat für die Speicherung von Audiodaten auf einem PC

MIDI-Daten sind nur Steuerungsdaten für einen Klangerzeuger (Keyboards etc.)

Vorteile Geringer

Speicherbedarf

unkomprimiert und fehlerfrei

Austauschen von Daten zwischen verschiedenen Geräten

Nachteile Qualitätsverlust gegenüber CD- Qualität

relativ großer Speicherbedarf

Umwandeln / konvertieren ist nur eingeschränkt möglich;

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Christian-Weise-Gymnasium Zittau Fachbereich Informatik M. Hans geringe Qualität

Anwendungs- bereiche

Musikstreaming für die Speicherung (CD) und Bearbei- tung geeignet, aber nicht für die Übertra- gung über das Inter- net

Steuern von Keyboards etc.